タイムパラドックスと矛盾
タイムパラドックス（Time Paradox / 時間の逆説）とは、タイムトラベルに伴う矛盾や変化のことであり、物語のテーマとしてしばしば扱われる。具体的には、時間旅行した過去で現代（相対的未来）に存在する事象を改変した場合、その事象における過去と現代の存在や状況、因果関係の不一致という逆説が生じることに着目したものである。
SF作品の中においてタイムパラドックスは、歴史に関わる重大な出来事や危機、思考実験として頻繁に題材とされている。タイムパラドックスによる危機やその回避のサスペンス性、展開の意外性による面白さが時間を題材とするSFで多用される理由で、作品の醍醐味ともなっている。
タイムパラドックスの最も有名な例に、親殺しのパラドックスと呼ばれるものがある。過去へ遡った時間旅行者が自分の誕生前の両親を殺害した場合どのような効果が発生するかという問題である。以下の3つに場合分けできる。
どう画策しても殺すことはできない（矛盾が生じない）。 両親は自分を生む前に死亡するので自分も消滅する。そうすると自分が過去へ遡ることもなくなり両親が死ぬこともなくなる。矛盾である。[11] 両親が死んで自分が生まれない世界が、自分が生まれてやってきた未来世界から分岐する（パラレルワールド）。両親が無事だった過去（そもそも時間移動すらしなかった世界）には何の影響もないので、これは矛盾とは言わない。
矛盾が生じない場合でも、過去の改変が未来に与える影響を扱った作品も多い。これには些細な過去の改変がバタフライ効果のように連鎖しながら拡大波及し、未来の方向性を大きく変更してしまうとする立場と、些細な改変は一時的なゆらぎに過ぎず、その後は収束し未来の方向性に大きな影響を与えないとする立場がある。SF作家のポール・アンダースンは、歴史に大きく関わる人物の暗殺や史実の妨害など、未来社会に重大な影響を与える歴史の改変を防ぐための組織のアイデアを、オムニバス長編『タイムパトロール』（Gurdians of Time、1960年）で発表した。またこの小説では「歴史が改変可能であるならば、何をもって正しい歴史とするか」という疑問も提示されている。この疑問はあくまでフィクション作品上で発生するものであり、過去へのタイムトラベルがありえない現実の歴史では存在し得ない。
タイムパラドックスと矛盾
タイムパラドックスの矛盾を説明するため、時間旅行者による歴史の改変で時間軸が分岐し元の世界と並行した別の世界が生まれるとするパラレルワールドの概念がある。この概念を発展させ、時間旅行者の介在がなくとも歴史上の重要なポイントで世界が枝分かれしていると解釈する立場もある。この概念を大幅に作品に取り入れた最初期の小説に、可能性として存在する二つの歴史「ジョンバール」と「ギロンチ」の抗争を描いた、ジャック・ウィリアムスンの『航時軍団』（The Legion of Time、1938年）がある。
このパラレルワールドの発想に類似したものに、量子力学の多世界解釈がある。これは物理的な相互作用が時間上にも及ぶ[要出典]とするもので、この理論に基づくと、過去の改変が行われても素粒子レベルで世界の再構成が行なわれるため、結果としてタイムパラドックスは生じない。（ただし、二つの別々の世界でのタイムトラベルの瞬間前後で物体や情報量が生成・消滅するため、エネルギー保存の法則・エントロピー増大の法則・相対性理論等、古典力学の法則は破綻する。また、多世界解釈もタイムトラベルの瞬間前後で相関のない情報量が割り込むため破綻してしまうという問題が解決される訳ではない。）
一方で、こうしたタイムパラドックスを全く否定する立場のフィクション作家もいる。例えば、「もし時間を逆行できるタイムマシンが存在するならば、あってはならない矛盾が想定される。したがってタイムマシンは存在しない」との背理法に基づき、時間は一方通行で流れ逆行できないとする考え方がある。また、時間旅行者が歴史の改変を試みようとする行為自体が現代の歴史に含まれるという考え方もある。意図的にタイムパラドックスを起こそうと努力しても、その行動は必ず妨害されタイムパラドックスの成立が阻止されるとした作品もある。この理論は現在から過去への改変だけではなく、現在から未来へ対する改変も含まれることになる。
親殺しのパラドックスを例に取ると、過去に遡り親の殺害を試みようとするが、絶対に成功しないことが歴史として組み込まれているか、そもそも過去に移動できないとしている。ロバート・A・ハインラインの短編『時の門』（By His Bootstraps、1941年）など、タイム・パラドックスの論理性を追求した一群の作品の中では、「時間旅行者による歴史の改変自体が歴史に含まれており、タイムパラドックスは起こり得ない」との解釈がなされている（ただし、この結論は「主人公に活躍の余地がなく、努力も報われず、カタルシスとエンターティメント性を欠く」ため、理論的には成り立つかもしれないが、文学的にはあまり一般的には受け入れられない）。
またSF作家のラリー・ニーヴンは、『タイム・トラベルの理論と実際』（The Theory and Practice of Time Travel、1971年）と題したエッセイの中で、もし歴史の流れが一本道であり、時間旅行によって歴史が改変可能であるならば、幾度もの時間旅行者による歴史の改変を経た末に、最終的に人類の歴史は、「タイムマシンが存在せず、時間旅行者が決して現れない歴史」として安定するのではないか、と述べている。
これらのような架空の理論や仮説に基づく過去や未来との因果関係の矛盾に着目したものとは別に、論理パズル的なタイムパラドックスもいくつか考案されている。これらは論理的には矛盾はないのに、あり得ないようなことが起こる事象を題材としたもので、その多くは現実の物理学や量子力学上の考察を要求する要素を含んでいる。